一种可以直接炼钢的铁矿石冷固球团

1、一种可以直接炼钢的铁矿石冷固球团，其特征在于：
其成份为：
铁精矿    64-72％  粒度0.074毫米以下的占65％
非焦煤    18-24％  粒度0.3毫米以下的占95％
粘结剂    10-18％  粒度0.074毫米以下的占92％
2、根据权利要求1所述的冷固球团，其特征在于：所述 的铁精矿，可以是正常品位TFe60-68％，也可以是品位 TFe＜60％的铁矿石与品位TFe＞60％的铁精矿的混合物，也可 以是轧钢屑、炼钢粉尘等工业含铁碎屑与铁精矿的混合物。
3、根据权利要求1所述的冷固球团，其特征在于：所述 的非焦煤，可以是无烟煤，半焦煤或它们的混合物，也可以 是焦屑或其他含碳物质。
4、根据权利要求1所述的冷固球团，其特征在于：所述 的粘结剂，可以是水泥熟料和消石灰，也可以根据不同地区 铁矿的特性适当添加皂土或焙烧白云石粉。

本发明是一种可以直接炼钢的铁矿石冷固球团，属钢铁工业领域。\n在现有技术中，高炉——氧气转炉流程占60％，但是，由于流程长 (烧结、焦炉、高炉和转炉)，投资比电炉炼钢高出一倍以上，并依赖 资源紧缺的优质焦煤，成本越来越高，逐渐失去竞争力。\n电炉炼钢目前占30％以上，有流程最短、投资最省的优点。近年来， 由于小钢厂可以灵活满足多品种需要，加上超高功率电炉，直流电炉、 炉外精炼及薄板坯连铸技术的发展，使电炉炼钢紧凑式短流程钢厂具有 明显的竞争力。但是，电炉炼钢不能直接使用铁矿石资源，必须依赖废 钢而生存，严重制约其发展势头。这是因为：\n(1)废钢是二次资源。其数量受到其他炼钢流程提供新鲜废钢能 力的限制，特别是发展中国家，废钢积蓄量少，很难使电炉炼钢成为钢 的主导生产方式，而被迫高额投资发展高炉——氧气转炉流程炼钢。\n(2)废钢多次循环使用，废钢中人为不可控制的有害元素，随之 增长，影响了电炉钢质量。\n为使钢铁工业摆脱废钢，焦炭和天然气资源的制约，新近开发的技 术有熔融还原炼铁和煤基直接还原铁两大类：\n南非Corex法熔融还原炼铁工艺和日本DIOS法熔融还原炼铁工艺 都是先通过铁浴熔融还原炉造气，使铁矿石在竖炉或预还原炉还原后， 加入铁浴熔融还原炉先炼成生铁，再由氧气转炉炼钢。可以做到以煤代 焦、减少污染，使生铁降低成本10-20％，但熔融还原装置投资很高， 分别为302美元/t铁和400美元/t铁，略高于现有高炉炼铁系统的总投资。\n英国的Davy法和德国的SL/RN法煤基直接还原铁工艺，都是用煤 和铁矿石在回转窑生产电炉炼钢原料的技术，可以成功地使电炉摆脱废 钢的制约。但其投资高出电炉炼钢本身的投资，产品也很贵。除少数高 质量钢，一般不宜使用。1992年世界范围内，直接还原铁厂，已有设备开 工率严重不足，年产量下降到2000万吨，仅占世界电炉炼钢原料的10％。\n本发明就是针对以上缺点而提出的。\n本发明的目的在于提供一种使用铁精矿、非焦煤和粘结剂做成 的冷固球团及其在现代工业炼钢炉直接炼钢的用途。由于冷固球团 生产线投资费用少，制造成本低，而克服了以上缺点。\n应用本发明，可以使电炉炼钢直接使用资源丰富、价格便宜的铁矿 石，摆脱废钢资源和质量的双重制约，因而降低了成本，提高了质量。 由于冷固球团生产线及预热器总投资是160元/t钢，是Davy法直接还原 铁投资的11％，因而，使高质量、低杂质电炉钢的投资降低50％。\n本发明也可以在氧气转炉中直接使用一部分，用来促进化渣和冷却。 由于冷固球团投资是高炉炼铁系统总投资的10％，成本是生铁价格的50 ％，因而，在氧气转炉中利用冷固球团节省36％生铁和废钢时，可以降 低炼钢成本12％。同时，不增加炼铁系统投资，不扩大优质焦煤需求时， 便可以扩大炼钢生产能力40％。\n本发明可直接用于平炉炼钢，有节省80％生铁和废钢，提高生产率； 降低成本20％的优点。是平炉改造的一种途径。\n本发明是通过以下方法实现的：\n先在炼钢炉中准备一个熔池，即事先在电炉中预留一部分剩余的高 温钢液；或在平炉中兑入一部分铁水；或在氧气转炉中加入一部分预热 后的冷固球团和石灰后兑入铁水，作为冷固球团“钢浴”或“铁浴”的 溶池。再将经过200～1100℃预热的，由铁精矿、非焦煤和粘结剂做成 的冷固球团连续不断地加入到炼钢炉中进行“钢浴”或“铁浴”。球团 在外部高温的条件下，内部温度大干685℃时，球团中的碳分子是异常 活跃的。由于球团内铁精粉、非焦煤都经细磨加工，并混合均匀，使还 原反应具有较高的比表面积，与氧化铁产生如下的直接还原反应：\n反应式： FeO+C＝Fe+CO (-36500千卡/千克分子C)\n反应生成的CO又继续与氧化铁进行各种还原反应：\n反应式：\n3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2 (+18.5千卡/公斤Fe2O3)\nFe3O4+CO＝3FeO+CO2 (-23.1千卡/公斤Fe3O4)\nFeO+CO＝Fe+CO2 (+56.3千卡/公斤FeO)\n当温度上升到800℃时，CO浓度只要达到28.1％，就能使Fe2O3还原成Fe3O4，CO浓度达到65.3％时，就能使FeO还原成Fe，当温度接近 1000℃时，平衡气相中几乎CO＝100％，即碳的气化反应非常充分，保 证了还原过程所需要的CO充足来源。\n反应式： CO2+C＝2CO (-39600千卡/千克分子C)\n汽化产生的CO，在球团内部运动非常活跃，迅速与氧化铁进行上 述各种还原反应。在反应过程中应及时补充能源，使碳的气化所消耗的热 量及时得到补充，使“钢浴”或“铁浴”过程连续不断进行下去。直到 金属Fe充分还原出来，并渣铁分离。在球团“钢浴”过程中，有部分高 价氧化铁熔化并直接还原。\n反应式： Fe3O4+4C＝3Fe+4CO (-1080千卡/公斤Fe)\n在高温的初渣中，固定碳与氧化铁的直接还原反应，由于接触面的 扩大得到一定程度的发展。\n反应式： FeO+C＝Fe+CO (-651千卡/公斤Fe)\n以上诸反应，使球团在“钢浴”过程中，很快完成氧化铁的各种 还原反应，并被熔化。\n当球团进行渣铁分离时，渣中的SiO2浮在钢液上面，与FeO紧密相 溶，而缺乏还原必须的碳素。渣中的P2O5和MnO也遇到相同的条件，而 难以被还原。由于在炼钢炉中投有类似高炉炉缸中那种充满堆积焦炭的 环境，所以，钢水中的含碳量很低。与此同时渣铁分离后生成的熔渣中 有大量的FeO，有利于进行碳氧反应，并造成熔池的激烈沸腾。这样， 就形成了一个特有的综合反应：球团在熔化时，完成了金属Fe的还原； 杂质C、P、Si、Mn却由于缺乏条件而未被还原难以进入钢水；与此同时， 由于渣中含有大量FeO，炼钢过程迅速进入氧化期，使钢水中已有的C、 P、Si、Mn含量进一步减少。即还原、熔化、氧化三个冶金过程几乎同 时发生，生成低碳、超低磷的半成品钢水，可以在同一炼钢炉中经过还 原期脱氧、脱硫、调整成份的冶炼过程后出钢。也可以进入相应的炉外 精炼装置进一步精炼。不论那种方式，都应在炉中保留一部分熔融钢 水，以便使球团“钢浴”的冶炼过程连续进行下去。\n本发明的工艺流程中，熔渣量吨钢约为430公斤。\n为了充分利用炼钢炉的烟气所含大量余热，本发明可以利用烟气 作为球团预热系统和养生系统的能源。并通过这一工艺净化了废烟。\n本发明的冷固球团其成份为：    原料      比  例        粒     度   铁精矿      64-72％   0.074毫米以下65％   非焦煤      18-24％   0.3毫米以下95％   粘结剂      10-18％   0.074毫米以下92％\n其中：铁精矿的正常品位为TFe60-68％，可以是品位TFe＜60％ 的铁矿石与品位TFe＞60％铁精矿的混合物，也可以是轧钢屑、炼钢粉 尘等工业含铁碎屑与铁精矿的混合物。非焦煤可以是无烟煤、半焦煤或 它们的混合物，也可以是焦屑或其他含碳物质。粘结剂是水泥熟料和消 石灰，可以根据不同地区的铁矿特性适当添加皂土或焙烧白云石粉。\n按上述配比的冷固球团具有“微型高炉”特征：由于粘结剂CaO含 量60％以上，是氧化铁还原良好的造渣剂，同时又能使球团在高温中不 爆裂、不粉化，能保持完整。铁矿石还原、熔化、造渣所必须的各种细 微、均匀而紧密的混合物，处于球团中进行还原反应。如同在高炉中一 样，能与外界“隔开”，构成静态的“微型高炉”；在球团处于高温状 态时，球团内部还原反应开始。球团本身有一个能不断向外喷出气体的 过程，这些气体可以在“微型高炉”的缺口周围，形成小范围的气圈， 阻止了外部氧化性气体向“微型高炉”内部扩散，进一步保证了内部还 原与外部氧化气氛的“隔开”，构成了动态的“微型高炉”。因而不论 球团在高温预热时，还是在炼钢炉中进行高温“钢浴”或“铁浴”时， 球团本身的还原过程都能与外界气氛“隔开”。将无数个经过预热的冷 固球团投入各种炼钢炉冶炼，就等于将无数个内部已部分还原或内部即 将开始还原的“微型高炉”投入炼钢炉内，先快速完成氧化铁的还原， 并在渣铁分离后，迅速进入炼钢过程。这种在“微型高炉”高温高压环 境中，使碳素还原铁矿石的方法，不但解决了“还原”与“氧化”两个 对立的反应，能在同一炼钢炉中“隔开”，并依次完成的直接炼钢最根 本的难题；而且极大地改善了铁矿石与碳素直接加入炼钢炉进行反应的 动力学条件，使氧化铁还原反应充分，有较高的金属化率，同时，还提 高了生产率，并节省了能源。\n本发明可在各种现代工业炼钢炉(包括电弧炉、氧气转炉、平炉、 EOF煤氧炼钢炉、工频炉和中频炉等)上实施，无需特殊设计和制造， 只需进行一些适应性改造。\n例如在超高功率电弧炼钢炉实施时，由上一炉出钢后预留一部分钢 液或先熔化一部分废钢作为熔池，其数量，以保证球团入炉反应后，钢 液不会迅速冷却凝固为度。继续供电，使钢水保持在1600℃左右的高温， 然后通过设在炉盖中心部位的烟气口，或其他部位，连续不断地将预热 到200℃-1100℃的铁精矿、非焦煤和粘结剂制成的冷固球团加入炉中进 行“钢浴”，当钢水达到预计数量时，停止球团“钢浴”过程，排出溶 渣进行还原期操作(脱氧、脱硫、调整成份)，完毕后，混渣出钢。出 钢时留有一部分剩余钢水，作为下一炉次的熔池。\n为了大量生产钢，也可使用底部出钢的超高功率电炉专门进行球团 的“钢浴”，另用专门的熔渣炉造白渣。出钢时，通过电炉底部出钢口， 将“钢浴”后的钢水直接冲入装有熔融白渣的钢包中脱硫，扒渣后再经 过钢包精炼炉完成最终炼钢任务。这种流程的优点是电网稳定，生产率 可以提高一倍，可冶炼质量更好的钢。\n在氧气转炉实施时，可以往炉中先加入一部分经过预热的冷固球团 和石灰石，再兑入铁水，再在吹氧过程中连续加入经过预热后的冷固球 团，利用吹氧燃烧铁水及冷固球团中的碳素补充能源，使冷固球团完成 还原、熔化和氧化反应。上述过程，可以利用冷固球团熔点比石灰低 1250℃左右，熔渣FeO含量高达25-34％，易生成泡沫渣等优点，促进化 渣，防止“返干”，利于脱磷，保护炉衬。在后期操作中，还可以加入 一部分经过预热的冷固球团替代废钢冷却。其余操作过程与氧气转炉常 规的操作方法是相同的。\n在平炉实施时，先兑入铁水。与目前平炉的操作相比，兑入平炉的 铁水量可以减少到20％，以保证冷固球团有足够的“熔池”即可。补充 能源的方法仍然是燃烧重油或煤气，在已实施氧气炼钢的平炉中，冷固 球团完成各种还原反应的条件更进一步得到改善。兑铁水后，即可将经 过予热的冷固球团连续加入炉中进行“铁浴”。使球团完成氧化铁的还 原并渣铁分离，同时生成氧化性钢液，对杂质进一步氧化，排出熔渣后， 通过常规的还原期操作，而获得合格钢液。由于大部分的钢是由冷固球 团进行“铁浴”过程中快速还原后而炼成的，铁水炼成钢只占20％，因 而改变平炉单纯依靠FeO在气—渣界面和渣—钢界面扩散脱碳的缓 慢炼钢过程，提高了生产率；另外，冷固球团连续入炉直接冶炼，可以 使平炉取消长时间的装废钢周期，也能提高生产率。其他操作过程与平 炉常规操作方法是相同的。\n本发明已经过150公斤中频炉实施，说明如下：\n先将156公斤废钢装入中频炉，送电熔清后，取样化验成份如下： (％)\nC      Si     Mn     P      S\n0.34    0.03    0.78    0.030    0.015 将钢水倒出一部分，剩余卯公斤钢水作为球团“钢浴”熔池，将65公斤 经过予热的成份同前的冷固球团分批加入中频炉中进行“钢浴”，每批 投入的球团以能覆盖钢液表面即可。二分钟后球团熔化，五分钟后钢液 表面出现中心镜面，周围有一层氧化渣。排出氧化渣，可以再投入一批 球团。连续操作，直到66公斤球团全部熔清为止。\n排出的氧化渣成份如下：(％)\nSiO2  TFe    FeO    S    CaO   MgO   Al2O3\n19.69  23.58    25.60   0.22    21.98    6.11    8.02\n倒出炉内钢水，称量并取样化验成份如下：(％)\nC     Si     Mn      P       S    \n0.04   0.020    0.056    0.0043    0.187\n炉内钢水重量为107.51公斤，减去82公斤熔池钢水，球团反应生成 钢水25.51公斤，球团含金属铁量为44.95％，计算金属收得率为84％。\n25.51公斤÷(66公斤×44.95％)＝84％ 实施结果表明：\n1、金属Fe在钢水中综合收得率较高，达84％，具有工业实用价值。\n2、整个还原、熔化、氧化过程较快，具备工业应用条件。\n3、还原期前的钢水脱碳良好，有超低磷特性，易于调整钢的各种 成份。\n本发明的优点如下：(以使用超高功率电炉为对照例)\n流程最短；投资最少；成本最低(应用本发明，由于冷固球团成本 为废钢价格50％，因此电炉钢成本可以降低32％左右，使吨钢成本低于 Corex--氧气转炉钢25％)；钢的质量高(没有废钢中杂质影响)； 能源消耗低(包括冷固球团、粘结剂及氧气制造能耗和电弧炉电耗在内， 直接炼钢能耗为800公斤标准煤/t钢左右，比Corex法的炼铁能耗低30％)。\n本发明可以直接利用现有各种炼钢炉及其技术基础，易推广使用。\n应用本发明，已有各种炼钢厂均可减少废钢和生铁用量，大幅度 降低成本。\n应用本发明，新建企业，不必再搞庞大的钢铁联合企业，只需建 设经营灵活的电炉炼钢紧凑式短流程钢厂。可以减少吨钢投资50％；大 幅度降低炼钢成本：不必依赖昂贵紧缺的废钢、焦炭和天然气资源；可 以减少污染，改善环境质量。

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